Mes questions en physique

[invitea250c65c]

Bonjour à tous,

J'ai acheté après certains conseils le livre d'Eugène Hecht "Physique" (je remercie d'ailleurs ceux qui me l'ont conseillé, je trouve ce livre tres bien), et je me doute que j'aurai certaines questions à vous poser au fil de ma lecture, je propose donc de tout vous demander ici plutot que d'ouvrir un nouveau post à chaque fois.

Bon alors je commence (pour ceux qui ont le livre j'ai terminé le chapitre 3 sur l'accélération, j'en suis au tout début du 4eme chapitre, donc je connais les équations sur l'accélération ...) :

Au sujet de l'accélération de la pesanteur : il est précisé dans le livre que l'accélération de la pesanteur g est constante (ou presque) partout à la surface de la Terre.
Je voulais savoir si vous auriez une explication relativement simple et intuitive à ceci. En fait je vous demande ca parce que je trouve que tout est bien expliqué, on comprend bien les grandes idées qui ont traversé les esprits au fil du temps, mais sur ce point c'est un peu plus flou, enfin c'est tres clair dans l'explication du phénomène mais ma question est pourquoi cette accélération constante?

Pas évident à expliquer pourquoi dans le vide les objets tombent à la même vitesse et ce quelque soit leur masse, je pense que c'est parce que je ne percois pas très bien ce qu'est la masse d'un objet. Le poids d'un objet est beaucoup plus facile a percevoir parce que nous rencontrons cela au quotidien, mais la masse est une notion beaucoup plus abstraite. Voila, je pense que la problème vient de là, il est écrit dans le livre que "cette propriété révèle la nature profonde de la gravité", mais connait on cette "nature profonde de la gravité"?

Ca necessite surement des connaissances que je n'ai pas (je crois qu'Einstein a travaillé dessus mais je n'ai pas le niveau pour aborder ca), mais je ne recherche pas ici une explication 100% rigoureuse, juste intuitive pour commencer, si vous connaissez par exemple une analogie ou quelque chose comme ca.

Je vous remercie d'avance.
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[Karibou Blanc]

Au sujet de l'accélération de la pesanteur : il est précisé dans le livre que l'accélération de la pesanteur g est constante (ou presque) partout à la surface de la Terre.

Si tu regardes l'expression pour le champ gravitationnel créée par une masse M autour d'elle, tu remarqueras qu'il est à symétrie sphérique. Or la Terre est en gros une sphère (légérement aplatie aux poles, à cause de la rotation sur elle-meme), donc en première approximation, le champ grav. créée par la terre est identique à la surface (quasi sphérique) de cette dernière.

Pas évident à expliquer pourquoi dans le vide les objets tombent à la même vitesse et ce quelque soit leur masse, je pense que c'est parce que je ne percois pas très bien ce qu'est la masse d'un objet

deux raisons intuitives (ou presque) :
1/ regarde la relation fondamentale de la dynamique avec une force grav. tu remarques que si la masse inertielle (le m de m.a) et identique à la mass grave (le m de m.g) alors l'acceleration est constante et indépendante de m (a=g).

2/ un objet d'une masse M>m subira une force grav. plus importante qu'un autre de masse m. Mais son inertie sera plus grande de sorte que pour le déplacer via cette force de la meme distance, il faudra lui donner plus d'énergie. Ainsi l'accélération subie par les deux masses doit etre en gros la meme (d'apres ce raisonnement).

[mamono666]

Salut, alors pour g constant.

Je vais t'expliquer le cas général d'abord:

Les corps sont attirés selon une loi en 1/r^2 avec r la distance des deux corps. Si les corps sont à 1 metre de distance par exemple, il y aura une certaine force F.
Puis si tu éloignes les deux corps à 2 metres par exemple, alors la force va décroitre de 1/2^2 = 1/4 donc la nouvelle force sera F/4 . Donc 4 fois moins forte.

Maintenant sur terre c'est pareil. Le premier corps, c'est par exemple une balle et le deuxieme corps, c'est la terre. L'objet est attiré vers le centre de la terre. La distance entre la balle et le centre de la terre est de 6400km environ (c'est le rayon de la terre) .

Si j'éloigne la balle comme je t'ai dit, normalement la force va décroitre en 1/r^2 . Mais imagine que tu prenne l'avion...tu pourras placer la balle à 10km d'altitude. donc la force sera proportionnelle à 1/(6400+10)^2 ....mais si tu fais le calcul tu verra que 1/6400^2 c'est quasiment pareil que 1/6410^2...

Donc la force qui nous attire au centre de la terre est quasi constante donc g est quasi constant. Pour que g décroisse assez, il faudait allé beaucoup plus loin (jusque dans l'espace). Mais dans notre quotidient nous allons rarement dans l'espace

Pour la masse:
C'est vrai qu'il te manque un peu de théorie physique. Mais voila, dans la nature, l'energie ce conserve. Du coup l'energie de la vitesse et l'energie de la pesanteur doive faire zéro. Mais chacune de ces énergies dépendent de la masse. Du coup dans les équations on va simplifier la masse. Et elle n'apparaitra plus dans les équations.

Mais tu comprendra mieux en 1ereS et en TermS

[invitec053041c]

Mais chacune de ces énergies dépendent de la masse. Du coup dans les équations on va simplifier la masse. Et elle n'apparaitra plus dans les équations.

Quelle masse ? On en revient à , et pourquoi ?
Et là ça n'est plus de mon domaine, il faut s'en aller voir du côté de la théorie de la Relativité Générale d'Einstein.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Karibou Blanc]

Quelle masse ? On en revient à , et pourquoi ?
Et là ça n'est plus de mon domaine, il faut s'en aller voir du côté de la théorie de la Relativité Générale d'Einstein.

pas forcément, tu peux simplement faire l'hypothèse qu'elles sont toutes deux identiques, c'est ce qu'on fait toujours (sans le souligner c'est bien dommage) au lycée. Et ce qu'on a toujours fait depuis Galilée. Seul Einstein (le premier disons, et encore je ne suis pas sur à 100%) a su percé les implications physiques (ie la RG) de cette coincidence ou hypothèse courante.

[invitec053041c]

pas forcément, tu peux simplement faire l'hypothèse qu'elles sont toutes deux identiques, c'est ce qu'on fait toujours (sans le souligner c'est bien dommage) au lycée.

Oui c'est assez dommage, mais bon mieux vaut ne pas trop embrouiller les futurs bacheliers .

[mamono666]

lol, je ne parlais pas de ca, mais j'expliquais que l'energie se conserve donc energie cinétique + energie potentiel = 0

et l'energie cinétique dépend de la masse idem pour l'energie potentiel, donc ca se simplifie....je ne parle pas de masse grave ou inertiel puisque on sait qu'elles egales dans les expérimentations à 10^(-12) pres.......

[invitea250c65c]

Bonsoir et merci,

Ah la relativité ca attendra un peu, mais je vous poserai surement des questions la dessus quand j'en serai a la fin de mon livre .
En fait j'ai surement mal formulé ma question, je suis d'accord que d'apres les équations g est (quasi) constant, en fait je m'interrogeais sur la nature de la masse, mais j'ai avancé un peu dans mon livre et j'ai lu que les physiciens ne savaient pas dans le fond ce qu'était la masse et que ca restait une notion dont on ne connaissait pas la nature profonde. C'est comme la force et l'énergie, je ne sais pas si on sait très bien ce que c'est dans le fond, on a des références, des étalons, mais on ne connait pas leur nature exacte.
Enfin bon pour ce qui est de mon histoire de g, j'attendrais un peu d'arriver au chapitre qui traite de la gravitation pour y voir plus clair, même si je l'ai déjà vu en cours, mais je pense que le pb est qu'on ne sait pas exactement ce qu'est la masse, et comme beaucoup d'autres unités (force, energie, ...) dépendent de celle ci, on ne peut pas s'en servir pour se l'expliquer, on tourne en rond .

Une autre question : est ce que la quantité de mouvement représente quelque chose de particulier, parce que je comprends le principe et l'idée mais la encore une fois c'est difficile de voir ce que représentent des m.kg/s (pareil pour le Newton, le Joule, ...). En fait toutes ces choses élémentaires s'appuient surtout sur de l'expérience, de la pratique et de l'intuition non plutot que sur de la théorie non?

Je vous tiens au courrant si j'ai d'autres questions, promis les prochaines seront un peu plus physiques et un peu moins ... philosophiques on va dire .

Merci d'avance.

[mamono666]

mais la théorie a été fait grace a l'expériementation. On peut faire des expérience et voir selon les cas si la quantité de mvt se conserve ou pas...les lois de newton provienne de l'expérimentation à la base.

[invite5e985c7f]

Bonsoir,

Je pense que la formule de la psenteur en fonction de la hauteur par rapport à la surface terrestre est accessible aussi:

g=g0/(1+h/R)²

g0 étant la psenteur à la surface soit 9.81N/kg.

Salut
A.r

[invitec053041c]

g0 étant la psenteur à la surface

Laquelle ? (je chipote)

[invitec053041c]

je ne parle pas de masse grave ou inertiel puisque on sait qu'elles egales dans les expérimentations à 10^(-12) pres.......

Oui justement, mais c'est bien de préciser l'égalité lorsqu'on s'interroge sur la masse .

energie cinétique + energie potentiel = 0

Sinon c'est plutôt , car constante pour des forces conservatives (ici seulement le poids).
Je sais que c'est ce que tu voulais écrire, mais je préfère le préciser .

Cordialement.

[Gwyddon]

pas forcément, tu peux simplement faire l'hypothèse qu'elles sont toutes deux identiques, c'est ce qu'on fait toujours (sans le souligner c'est bien dommage) au lycée.

Oui c'est assez dommage, mais bon mieux vaut ne pas trop embrouiller les futurs bacheliers .

Salut,

Pour ma part j'ai beaucoup insisté sur ce point cette année auprès de mes élèves, car je considère que cela permet de mieux comprendre ce qu'est la seconde loi de Newton

[invitec053041c]

Salut,

Pour ma part j'ai beaucoup insisté sur ce point cette année auprès de mes élèves, car je considère que cela permet de mieux comprendre ce qu'est la seconde loi de Newton

Oui, d'ailleurs cela se rapproche (enfin plus que se rapprocher) de l'explication de karibou, à laquelle je n'avais jamais réellement songé.

un objet d'une masse M>m subira une force grav. plus importante qu'un autre de masse m. Mais son inertie sera plus grande de sorte que pour le déplacer via cette force de la meme distance, il faudra lui donner plus d'énergie. Ainsi l'accélération subie par les deux masses doit etre en gros la meme (d'apres ce raisonnement).

Mon prof de terminale l'a effleuré, mais vraiment très brièvement.

tu es prof de lycée aussi ?!

[Gwyddon]

tu es prof de lycée aussi ?!

J'ai effectué un stage de 4 mois en classe de TS.

[invitec053041c]

D'accord !

[invitea250c65c]

Bnjr et merci,

Parce qu'il existe deux "types" de masses différentes, grave et inertielle? Je n'en ai jamais entendu parler mais j'ai jetté un coup d'oeil dans mon livre je crois qu'on va en parler a la fin, puis sinon je ferai une petite recherche.
Gwyddon, tu parles de la 2eme loi de Newton, j'avais une petite chose a vous demander à ce sujet aussi : il est écrit dans mon livre qu'on peut formuler la deuxieme loi de Newton comme ceci "la force moyenne exercée sur un corps est égale à la variation de la résultante de la quantité de mouvement divisée par la durée du processus", en fait, cela revient a dire que , donc ca veut aussi dire que la force et la vitesse sont colinéaires et de même sens si on prend la version vectorielle de cette relation (et de même sens car m>0 et t>0). Donc ca veut dire que cette relation () n'est pas la définition de la force, comme il est dit "la force exercée sur un corps est égale", ca veut dire qu'on a defini la force exercée sur ce corps d'une autre facon non? Je me trompe peut etre, mais s'il n'existe pas d'autre définition d'une force, cela signifie que Newton a en fait défini la force dans sa deuxieme loi non?

Merci d'avance.

[obi76]

non, la VARIATION du vecteur vitesse et la force sont colinéaire, donc l'accélération et la force sont colinéaire (tu retrouve ton F=m*gamma)

[invitea250c65c]

Oui excusez moi quand je disais vecteur vitesse je voulais parler du vecteur variation de la vitesse (ou de la variation des vecteurs vitesse).

[invitea250c65c]

Bnjr,

Je me suis posé une question sur un cas de figure général, je voudrai savoir si ce que j'ai fait est correct :

Une force oscillatante F agit sur la direction d'un objet ayant un mouvement rectiligne. Je souhaite calculer la variation de la quantité de mouvement (ca me permet ensuite d'obtenir la variation de vitesse) de cet objet de ti (temps initial) a tf (temps final).
On a .
Pour trouver , on peut donc remarquer que .
Pour calculer cette intégrale, déterminons une primitive de F, on voit rapidement que les primitives de F sont de la forme , avec k un réel quelconque, pour simplifier, on prend k=0 (de toutes facons le k s'annule par la suite).
On a donc , si on devellope, on trouve .
En fait c'est une généralisation a un exo que j'ai trouvé, j'ai essayé avec les valeurs numériques ca correspond a la réponse donnée, le problème c'est qu'on ne donne que la réponse (et on indique cmt faire).
Je voulais donc vous demander deja si c'était correct, et puis aussi s'il y avait un autre moyen de calculer ca, ou bien sommes nous obligés de passer par les intérgrales (moi j'adore ca ca ne me pose pas de pb en plus c'est la 1ere fois que je m'en sers en physique donc c'est d'autant plus sympa et formateur).

Une autre question a ce propos : quand j'utiliserai les intégrales en cours (peut etre un peu l'année prochaine), est ce que j'aurais besoin de rappeller a chaque fois, par exemple, que l'on a d=vt donc que l'aire sous la courbe representant la vitesse en fonction du temps représente la distance parcourue entre deux instants ti et tf, car si on divise l'intervalle [ti;tf] en petits rectangles (...) on trouve que l'aire de chaque rectangle est vt c'est a dire d et comme on fait la somme des ces aires ... ?

Merci d'avance.

[mamono666]

sinus pas cosinus

[invitea250c65c]

En effet petite erreur dans l'énoncé,

On a .
Pour trouver , on peut donc remarquer que .

doit etre :




On a .
Pour trouver , on peut donc remarquer que .

[invitea250c65c]

Bonjour,

J'ai rencontré un petit probleme dans un exo corrigé : on veut connaitre, au niveau de l'équateur, l'accélération due à la rotation de la Terre sur elle même. Connaissant le rayon de ma Terre (au niveau de l'équateur) aisni que sa période de révolution, on en déduit facilement sa vitesse de ortation et ainsi l'accélération centripède provoquée par la rotation de la planète: . Ca c'est bien compris, pas de probleme.
Ensuite, connaissant , l'accélération de la pesanteur quand la Terre ne tourne pas, on nous demande de déduire l'accélération totale. Voila, c'est tout bête, mais moi ce que je ferai c'est que je considererai les vecteurs accélération et , il nous faut l'accélération résultante, on doit donc faire la somme de ces deux vecteurs. Ils ont même direction et même sens (verticale, vers le centre de la Terre), on peut donc, pour déterminer la norme du vecteur résultant, faire la somme algébrique des normes des deux vecteurs, c'est a dire que accélération totale=.
Mais dans la correction il est écrit que accélération totale=.
Pouvez vous m'indiquer ou est l'erreur de raisonnement svp, parce qu'il n'y a pas plus de details dans la correction.

Merci d'avance.

[invitec053041c]

Bonjour.
Tout le début est bon, et je suis ok pour dire que ces accélérations ont même direction.
C'est un peu vicieux de parler en terme d'accélération , c'est même déroutant (je le suis complètement là ).
Pour parler en terme de forces, la force centrifuge due à l'accélération centripète est (tu comprendras le "moins" plus tard...)
Et le poids y est directement opposé.
Donc pour mettre en évidence le fait qu'on est à la fois attiré (poids) et éjecté (force centrifuge), il faut en faire une différence.

Disons que l'intuition dit de les soustraire, et la rigueur (même sens: toutes les 2 centripètes) de les additionner .
En attente d'une explication meilleure, je continue à y réfléchir.

[invitea250c65c]

Bonsoir et merci,

En fait ce que je ne comprends pas c'est pourquoi on a cette force centrifuge opposée à la force centripète, je ne comprends pas tres bien ces histoires de forces centrifuge et centripète. Pour la centirpète, je comprends bien, mais pour la centrifuge beaucoup moins.
Par exemple, je prends un tube cylindrique, je mets un petite gomme dedans, je le fais tourner sur lui même. Je me doute que la gomme ira se coller à une paroi du tube pendant la rotation, mais j'ai du mal a l'expliquer.

[invitec053041c]

Bonsoir et merci,

En fait ce que je ne comprends pas c'est pourquoi on a cette force centrifuge opposée à la force centripète, je ne comprends pas tres bien ces histoires de forces centrifuge et centripète. Pour la centirpète, je comprends bien, mais pour la centrifuge beaucoup moins.
Par exemple, je prends un tube cylindrique, je mets un petite gomme dedans, je le fais tourner sur lui même. Je me doute que la gomme ira se coller à une paroi du tube pendant la rotation, mais j'ai du mal a l'expliquer.

En référentiel non galiléen, on raisonne comme en référentiel galiléen, à la différence qu'on doit tenir compte en plus de forces fictives: force centrifuge, force de coriolis (ça se montre grâce à des compositions de vitesse,tu verras plus tard)
Tu te rends compte grâce à l'expression de ces forces que la force centrifuge a tendance à expulser les corps à l'extérieur.

[invitea250c65c]

Ah bah oui tout le probleme vient du fait qu'on n'est pas dans un référentiel galiléen ! je n'y avais même pas pensé oui bah ca doit se compliquer un peu en effet. Pour les forces fictives, je rechercherai un peu plus tard, pour l'instant je vais déjà essayer de comprendre dans un référentiel galiléen.
Dans mon livre, il n'est question que de référentiels galiléens, et il me semble d'ailleurs qu'il n'est pas dit que l'on peut appliquer les lois de Newton que dans ces référentiels, donc normalement mon exo (avec les histoires d'accélération) doit pouvoir se faire sans que je me pose de questions sur les référentiels non galiléens.
Voici exactement ce qu'il est écrit dans la correction de l'exercice : "Tout objet immobile a l'équateur a une accélération de [valeur déterminée au début de l'exercice] vers le centre de la terre, parce qu'il est en rotation autour de l'axe de la planète. Un corps tombe avec une accélération . Son poids mesuré est 99.65% de ce qu'il serait si la terre ne tournait pas." ( est la l'accélération de la pesanteur a l'équateur quand la planete ne tourne pas).

Qu'en pensez vous?

[Calvert]

Salut!

Comme toujours, tu as ici deux manières (au moins) de voir les choses. Je vais essayer d'être clair.

1. Dans le référentiel non tournant

On imagine ici quelqu'un qui regarde la Terre tourner depuis "loin". Que voit-il:

- Une sphère solide tourner sur elle-même. A la surface de celle-ci, à l'équateur, un objet qui suit le mouvement de la Terre.

- Quelles sont les forces qui agissent sur cet objet?

Le mouvement est visiblement circulaire, est est donc accéléré. L'objet subit une force dirigée radialement vers l'intérieur (imporatant: on ne fait ici aucune hypothèse sur la nature de cette force, qui n'est pas seulement le poids). Celle-ci est donnée par:



où e_r est un vecteur radiale unitaire
Cette force est la force ressentie par l'objet (son poids effectif); c'est exactement la force nécessaire au mouvement circulaire de cet objet à ce rayon.

Hors, que savons-nous des forces qui s'appliquent sur cet objet?

Il y en a deux: le poids (le vrai, qui résulte de la force gravitationnel seulement) et une force normale de réaction du sol. La somme de ces deux forces est non-nulle, puisque l'objet est en mouvement accéléré. Elle doit être égale à la force calculée ci-dessus:



Ce qui nous intéresse est le poids apparent de l'objet: celui que mesurera une balance. Celui-ci est l'opposé la force normale: .

On a donc:



En ne s'intéressant qu'à la composante radiale de cette équation (qui est la seule non-nulle, en fait), et comme le vecteur g est dirigé vers le bas, on a:





Le poids apparent est - la force normale:



En écrivant le poids apparent comme un poids "normal", c'est-à-dire la masse multiplié par une pseudo-accélération gravitationnelle, on peut écrire (en définissant g_apparent comme étant dirigé vers le centre):



et donc:



2. Référentiel tournant

Dans ce cas, un terme supplémentaire apparaît, dirigée radialement vers l'extérieur: la pseudo-force centrifuge. Elle vaut:



Dans ce référentiel, l'objet est immobile, et la somme des (pseudo-)forces agissant sur lui est nulle:



et donc:



et l'on retrouve la même expressions que précédemment.

[invitea250c65c]

Bonjour et merci,

Ah d'accord je comprends mieux c'est tres clair. Je me suis surtout interessé à la premiere méthode parce que je n'ai pas du tout vu tout ce qui est referentiels non galiléens, pseudo forces, ... , mais les deux méthodes sont interessantes.
En fait le probleme dans mon raisonnement c'était que je disais "l'objet tourne donc une force centripete s'exerce sur lui ..." alors qu'en fait "l'objet tourne parce qu'une force centripete s'exerce sur lui (et qu'il est soumis à une vitesse initiale) ...", donc cette force provient de quelque part, elle provient du poids, elle est "consommée" (on dirait plutot ca pour de l'énergie, mais bon) au poids (elle n'est pas crée en plus du poids), d'ou la soustraction.

[mamono666]

http://mamono666.free.fr/spip/spip.p...e&id_article=5